竖向电缆燃烧数值模拟与实验研究

发布时间：2017-09-20 02:00

  本文关键词：竖向电缆燃烧数值模拟与实验研究

  更多相关文章： 核电厂火灾 竖向电缆桥架 电缆失效时间 电缆温度表面预测模型 代数模型 区域模模型 场模型

【摘要】：电缆是核电厂最普遍的可燃物之一,因此有必要深入研究电缆的燃烧特性等,本文主要基于代数模型、区域模型和计算流体学模型对竖向电缆燃烧进行了数值模拟研究,并与实验研究进行对比。首先,本文将FLASH-CAT(Flame Spread over Horizontal Cable Trays)模型进行了改进,用改进模型估计竖向电缆桥架火热释放速率,并重点研究了改进模型在不同电缆间距的竖向电缆桥架火中的应用。为了验证改进模型,我们对三种典型间距下竖向电缆桥架火进行了实验。实验中记录了电缆的质量损失,并通过计算得到了质量损失速率和电缆火焰长度。从实验结果看,电缆间距加剧了电缆燃烧,加快了火焰蔓延。通过比较发现,改进模型预测的结果与实验数据吻合较好。同时,结果表明仅通过调节火焰蔓延速度,改进模型便能够预测不同间距下竖向电缆桥架火之间的区别。其次,电缆的可靠性对于核电安全至关重要,而电缆表面温度是电缆失效时间判定的重要参数。区域模型是经常用于核电火灾安全评估的模型,其预测电缆表面温度的子模型将电缆简化为单一材料的柱形,忽略了电缆芯的热特性对电缆表面温度的影响。本文针对火灾条件下的电缆表面温度,考虑电缆芯的材料热特性,提出改进的电缆温度预测一维热传导模型。选取核电站火灾评估模型国际合作项目(ICPMP)标准实验5的火灾工况,对模型进行验证。研究表明：基于改进电缆温度预测模型的区域模型得到的电缆温度预测值更高,更接近实验值,其中电力电缆改进模型温升相对误差较原始模型降低7.4%～10%,控制电缆改进模型温升相对误差较原始模型降低1.8%-2.9%。最后,本文利用计算流体力学模型对电缆间距为8mm的竖向电缆桥架火进行了数值模拟,并与实验进行对比,发现场模型模拟的热释放速率曲线与实验相差较大,但是总质量损失与实验较为接近。
【关键词】：核电厂火灾 竖向电缆桥架 电缆失效时间 电缆温度表面预测模型 代数模型 区域模模型 场模型
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM623;TM24
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 绪论12-24
• 1.1 研究背景12-14
• 1.2 研究现状14-20
• 1.2.1 实验研究15-18
• 1.2.2 电缆火实验尺寸之间的相关性研究18-19
• 1.2.3 数值模拟研究19-20
• 1.3 研究内容20-21
• 1.4 章节结构安排21-24
• 第二章 火灾数值模拟模型24-34
• 2.1 代数模型24
• 2.2 区域模型24-29
• 2.2.1 双区域模型控制方程推导24-25
• 2.2.2 CFAST中使用的控制方程25-26
• 2.2.3 模型中源项处理26-29
• 2.3 流体动力学模型29-34
• 2.3.1 质量和组分输运29-31
• 2.3.2 低马赫数假设31
• 2.3.3 动量输运31-32
• 2.3.4 燃烧和辐射32-34
• 第三章 增强竖向电缆桥架火灾危害性评价模型及实验验证34-44
• 3.1 引言34-35
• 3.2 改进的FLASH-CAT模型35-36
• 3.3 竖向电缆火实验36-39
• 3.3.1 实验方法36-38
• 3.3.2 实验结果与讨论38-39
• 3.4 实验结果与预测结果对比39-41
• 3.5 误差分析41-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第四章 核电厂电缆温度预测改进模型44-56
• 4.1 引言44-45
• 4.2 电缆温度预测模型45-46
• 4.3 模拟与讨论46-53
• 4.3.1 模型设置46-48
• 4.3.2 结果与讨论48-53
• 4.4 结论53-56
• 第五章 竖向电缆燃烧FDS数值模拟56-62
• 5.1 引言56
• 5.2 开放空间内竖向电缆火实验56
• 5.3 FDS数值模拟模型设置56-59
• 5.4 结果讨论与分析59-60
• 5.5 结论60-62
• 第六章 结论与展望62-64
• 6.1 主要结论62
• 6.2 创新点62-63
• 6.3 展望63-64
• 参考文献64-68
• 致谢68-70
• 在读期间发表的学术论文与取得的研究成果70

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本文编号：885216